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电动汽车驱动 ★ 4.0

一种用于最大化无人机辅助移动边缘计算中计算速率的动态优化框架

A Dynamic Optimization Framework for Computation Rate Maximization in UAV-Assisted Mobile Edge Computing

作者 Yang Chen · Dechang Pi · Shengxiang Yang · Yue Xu · Bi Wang · Shuo Qin
期刊 IEEE Transactions on Vehicular Technology
出版日期 2025年3月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 移动边缘计算 无人机 计算速率 群体智能优化框架 动态环境
语言:

中文摘要

移动边缘计算(MEC)显著提升了物联网(IoT)设备的计算能力并降低了其能耗,是云计算的重要补充。将无人机(UAV)应用于MEC系统可有效缓解偏远地区通信设施不足或损坏的问题,进一步拓展MEC的应用范围。本文针对动态环境下的无人机辅助无线供能MEC系统提出了一个系统模型,目标是最大化用户设备的计算速率。由于动态环境下优化目标的复杂性,我们提出了一种基于群体智能的优化框架,并配备应对环境变化的机制,旨在增强静态和动态环境下的种群多样性,以克服过早收敛问题。我们将粒子群优化算法和和声搜索算法集成到所提出的框架中,分别命名为DOPSO和DOHS。对无人机辅助MEC系统两种卸载模式的仿真结果表明,所提出的框架明显优于其他动态优化算法。

English Abstract

Mobile edge computing (MEC) significantly boosts the computing power and reduces the energy consumption of Internet of Things (IoT) devices, serving as a valuable complement to cloud computing. The application of unmanned aerial vehicle (UAV) for MEC systems can effectively alleviate the issue of insufficient or damaged communication facilities in remote areas, further expanding the scope of MEC applications. In this article, we present a system model for UAV-assisted wireless-powered MEC systems in a dynamic environment with the objective of maximizing the computation rate of user devices. Due to the complexity of the optimization objective in dynamic environments, we propose a swarm intelligence-based optimization framework with a mechanism for responding to environmental changes, which is intended to enhance population diversity in both static and dynamic environments with the aim of overcoming premature convergence. We integrate particle swarm optimization and harmony search into the proposed framework, naming them DOPSO and DOHS, respectively. Simulation results for two offloading modes in UAV-assisted MEC systems indicate that the proposed framework significantly outperforms other dynamic optimization algorithms.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项无人机辅助移动边缘计算(UAV-MEC)技术为分布式新能源系统的智能化管理提供了创新思路。当前,阳光电源在光伏电站、储能系统及综合能源解决方案中面临着偏远地区通信基础设施不足、实时数据处理能力受限等挑战,该技术恰好针对这些痛点提供了解决方案。

该论文提出的动态优化框架在计算速率最大化方面具有显著优势,这对阳光电源的分布式光伏电站监控、储能系统状态评估及能量管理系统(EMS)具有重要应用价值。特别是在山地光伏电站、海上风电配套储能等通信条件受限场景中,无人机可作为移动边缘计算节点,实现设备状态的实时监测、故障诊断和功率优化调度。论文中提出的群智能优化算法(DOPSO和DOHS)能够有效应对动态环境变化,这与新能源场景中光照、风速等环境参数的实时波动特性高度契合。

从技术成熟度评估,边缘计算和无人机技术本身已较为成熟,但将两者深度融合并应用于能源物联网仍处于探索阶段。主要挑战包括:无人机续航能力对大规模应用的制约、无线能量传输效率在实际工程中的损耗、以及算法在复杂电磁环境下的鲁棒性验证。

然而,这项技术为阳光电源开拓了新的业务机遇。可考虑将其集成到智慧能源管理平台中,开发"无人机+边缘计算+储能"的一体化巡检运维解决方案,特别适用于应急供电、灾后重建等特殊场景,提升公司在综合能源服务领域的技术竞争力和市场差异化优势。